JP2016027941A - 気液混合装置及び気液混合システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2014年2月5日に日本に出願された特願2014−20711号及び2014年6月30日に日本に出願された特願2014−134987号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
また、スタティックミキサを用いた構造のものも知られているが、この構造のものでは充分に圧を上げないと原液に対する気体の溶解度を高めることができず、したがって通常はポンプ等の駆動原が必要になるため、装置構成が複雑になって小型化が難しくなっている。
この構成によれば、気体の溶解度が比較的高い気体混合液を簡易な構造で製造することができる。
この構成によれば、炭酸ガス(二酸化炭素)の溶解度が比較的高い炭酸水を簡易な構造で製造することができる。
この構成によれば、原液流入管と気体流入管の接続部(前記の気液衝突部)で原液と気体とが衝突し、原液に気体が混合してその多くが溶解した気体混合液に、渦流を生じさせることにより、気体混合液中の気泡を微細化し、その比表面積を大きくすることで原液に対する溶解を促進することができる。
この構成によれば、第1渦流生成機構が気液衝突部側に開口して形成された溝部を備えているので、気体混合液が溝部の底面に衝突してその流れを反転させることで微小な渦流を形成し、これによって気体混合液中の気泡が微細化する。
この構成によれば、第1渦流生成機構を一つ設けるよりも、気体混合液中の気泡をさらに微細化し、その比表面積を大きくすることで原液に対する溶解をさらに促進することができる。
この構成によれば、上流側第1渦流生成機構を構成する渦発生部の内部孔に案内口を設けているので、該案内口を通った気体混合液が下流側第1渦流生成機構の内壁面側に案内されることで該下流側第1渦流生成機構の溝部の底面により多く衝突し、流れを反転して渦流を形成することで気体混合液中の気泡が微細化する。
この構成によれば、原液流入管と気体流入管の接続部(前記の気液衝突部)で原液と気体とが衝突し、原液に気体が混合してその多くが溶解した気体混合液を、渦流を生じさせることにより、気体混合液中の気泡を微細化し、その比表面積を大きくすることで原液に対する溶解を促進することができる。また、混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めるようにしたので、気体混合液を加圧することによって該気体混合液中への気体の溶解度を高めることができる。
この構成によれば、狭隘部を流れることで気体混合液が加圧され、該気体混合液中での気体の溶解度が高まる。また、流路変更部によって気体混合液の流れが反転し、渦流が生じることにより、気体混合液中の気泡が微細化して原液に対する溶解が促進される。
この構成によれば、原液流入管に、その流路を狭めることなく該流路を流れる原液の圧力を検知する圧力スイッチを設けているので、原液の流路が狭められることで加圧され、その流量が絞られて所望の流量の気体混合液が得られなくなるのを防止することができる。
この構成によれば、ラッチ式電磁弁が一般の電磁弁に比べて消費電力が格段に少ないことにより、制御弁を有する気液混合装置の消費電力を少なくすることができる。
電源として商用電源に代えて、乾電池や充電池を用いることにより、気液混合装置の使い勝手を良くし、例えば風呂場での使用を容易にすることができる。
この構成によれば、制御弁として比例電磁弁を用いているので、調整部によってこの比例電磁弁の開度を切り換えることにより、気体供給源から気体流入管への気体の供給量を調整することができる。したがって、原液流入管から流入する原水に対して、気体の流量を調整することにより、得られる気液混合液の濃度を異なる複数の濃度に調整することができる。
この気液混合システムでは、前記の気液混合装置を備えることにより、簡易な構造で原液に対する気体の溶解度を高めることができる。したがって、小型化や低価格化を可能にするとともに、メンテナンスを容易にし、充分な流量を確保することで使い勝手を良くすることができる。
図1は、本発明に係る気液混合システムの第1実施形態の概略構成を示す模式図であり、図1中符号1は気液混合システム、2は気液混合装置である。
原水流入管5及び気体流入管6の形状及び寸法については、前記したような本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、円筒形であることが好ましい。
また、原水流入管5の中心軸と気体流入管6の中心軸のうちのいずれかと混合液配管8の中心軸との間で形成される角度が10°〜90°であることが好ましく、45°〜90°であることがより好ましい。なお、この角度は、原水流入管5と気体流入管6のうちのいずれかと混合液配管8が連結された状態のものを平面上に配置した場合に、前記2つの中心軸の間に形成される角度を意味する。例えば、原水流入管5の中心軸と混合液配管8の中心軸との間で形成される角度の場合、図13に示す角度がθである。この角度を上記の範囲とすることにより、気体の溶解度が比較的高い気体混合液を簡易な構造で製造することができる。図2A及び図2Bに示す態様においては、原水流入管5と気体流入管6とにより形成される一つの配管の中心軸に対して、混合液配管8の中心軸が直交するように混合液配管8が配置されている。
なお、気体流入管6には、その開口6a側に小孔を有するオリフィス板6bが設けられており、これによって気体供給源4から供給される炭酸ガスは、所定の圧力で気体流入管6内に供給されるようになっている。この小孔の大きさや数については、所望の気体圧力に応じて適宜選択することができる。
本実施形態では、ハウジング10が配管本体9に着脱可能に連結しているが、配管本体9とハウジング10とが一体に形成されていてもよい。
また、本実施形態では、図13に示すように、原前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸とのなす角度をθ’とすると、θ’は20°〜180°であることが好ましく、95°〜180°であることがより好ましく、135°〜180°であることが特に好ましい。このように構成することにより、気体の溶解度が比較的高い気体混合液を簡易な構造で製造することができる。
また、本発明の装置において、原水流入管5、気体流入管6及び混合液配管8のそれぞれの中心軸は、これらを同一平面上に配置できるように構成されていても、これらが三角錐を形成するように構成されていても良い。
本実施形態では、このようなミキシングパイプ23を渦発生部とする下流側第1渦流生成機構と、渦発生部材17を渦発生部とする前記上流側第1渦流生成機構とにより、第1渦流生成機構が構成されている。
また、ミキシングパイプ23の下端部には、図2Bに示すようにハウジング本体13の小径部22の下端部に形成された嵌合凹部(図示せず)に嵌合する円環状の嵌合凸部29が形成されている。この嵌合凸部29が小径部22の下端部の嵌合凹部に着脱可能に嵌合させられることにより、ミキシングパイプ23はハウジング本体13内に着脱可能に収容固定されている。
一方、気体供給源4としては、本実施形態では炭酸ガスを0.5MPa程度の圧(ゲージ圧)で充填したガスボンベが用いられる。
図6A、図6Bに示した気液混合装置2の気体側供給管6に接続する気体側配管31には、図1に示すように気体供給源4との間の経路中に、電磁弁33(制御弁)と第2の圧力スイッチ34とが設けられている。
まず、原水供給源3である水道から水(湯)を、予め設定された所定の圧力、例えば0.10〜0.20MPa、好ましくは0.10〜0.15MPaの圧(ゲージ圧)で原水側配管30に流す。このような所定の圧力で原水を供給することにより、本実施形態ではその流量が、例えば6〜15l/分、好ましくは6〜10l/分程度となるように設定されている。
気体供給源4側では、第2の圧力スイッチ34が気体供給源(ガスボンベ)4内の残圧(残量)を検知し、制御部40の操作パネルにその結果を表示させる。したがって、操作者は気体供給源4の残圧が予め設定された圧以上であれば、そのまま炭酸水の製造を進める。また、気体供給源4の残圧が予め設定された圧未満である場合には、必要に応じて気体供給源4の交換などを行う。なお、気体供給源(ガスボンベ)4には圧力調整器や圧力計が備えられており、例えば圧力計を確認することで、気体供給源4の交換時期を決定することもできる。
原水供給源3から原水側配管30を介して原水流入管5に原水が供給され、気体供給源4から気体側配管31を介して気体流入管6に炭酸ガスが供給されると、図7中に矢印で示すように原水と炭酸ガス(気体)とが気液衝突部7にて衝突し、混合される。そして、案内管11を通って混合液配管8内に流入する。
下流側第1渦流生成機構(溝部24)で炭酸ガス濃度が高められた気体混合液は、図7中に矢印で示すように、ミキシングパイプ23内に流入する。
このように気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部25を有した第2渦流生成機構を省略することにより、得られる炭酸水(気体混合液)の炭酸ガス(気体)の溶解度は低くなるものの、狭隘部25による気体混合液の加圧を無くすことで流量が絞られることを抑えることができ、したがって得られる炭酸水(気体混合液)の流量を多くすることができる。
図9A〜図9Cは、本発明に係る気液混合システムの第2実施形態の概略構成を示す図であり、図9Aは外観を示す正面図、図9Bは内部構造を示す正面図、図9Cは外観を示す背面図である。また、図10は図9A〜図9Cに示した気液混合システムの内部構造を示す斜視図である。図9A〜図9Cにおいて符号50は気液混合システムであり、この気液混合システム50は、筐体51内に前記実施形態で示した本発明に係る前記気液混合装置2や、これに付随する各種構成要素をコンパクトに収容したものである。
また、使用後はON/OFFのための表示55を再度押圧することにより、気液混合装置2の作動を停止させることができる。
第3実施形態が第2実施形態と異なるところは、図9B、図10に示した制御弁52として、ラッチ式電磁弁に代えて比例電磁弁を用いた点である。比例電磁弁は、一般の電磁弁のようにその流路の開度を単に「開/閉」の二段階でなく、「開」の状態をさらに複数の状態に切り換えることができるように構成されている。なお、比例電磁弁はラッチ式電磁弁と異なり、その状態保持のために通電が必要なため、基本的に商用電源に配線コードで接続されるようになっている。
例えば、前記実施形態では、本発明の気液混合装置2および気液混合システム1を、理美容目的として洗髪台に設けられるシャワーや家庭用の風呂場のシャワーなどに適用した例について説明したが、各種医療設備における医療用具等に適用してもよいのはもちろんである。また、家庭用の風呂や業務用の風呂に適用して、炭酸泉を製造する装置(システム)にも用いることができる。さらに、炭酸水を必要とする種々の装置(システム)にも適用することができる。
原液中に気体を混合して気体混合液を製造する方法であって、
前記の気液混合装置を提供し、
前記原液を原液流入管に連続的に供給し、これと同時に前記気体を気体流入管に連続的に供給し、それにより、前記原液と前記気体とを対面して衝突させることによって混合し、
得られた原液と気体の混合物を、前記混合液配管に流入させる
ことを含む方法である。
本発明の方法に用いる気液混合装置、原液及び気体、並びに原液、気体を装置に供給する手順及び条件などについては、気液混合装置に関して前記した通りである。また、本発明の方法は、前記した本発明の気液混合システムを用いて実施することもできる。
2 気液混合装置
3 原水供給源(原液供給源)
4 気体供給源
5 原水流入管(原液流入管)
6 気体流入管
7 気液衝突部
8 混合液配管
9 配管本体
10 ハウジング
11 案内管
12 内挿部
13 ハウジング本体
17 渦発生部材(渦発生部)
18 円筒部
18a テーパ面
19 偏流板
19a 案内口
20 溝部
21 大径部
21a 内部孔
21b テーパ面
22 小径部
22a 内部孔
23 ミキシングパイプ
24 溝部
25 狭隘部
26 流路変更部
27a 第1の邪魔板
27b 第2の邪魔板
27c 開口
32 第1の圧力スイッチ
33 電磁弁(制御弁)
36 パイプ
50 気液混合システム
52 制御弁
54 操作パネル
55 調整部
Claims (11)
- 原液中に気体を混合して気体混合液を製造する気液混合装置であって、
前記原液が連続的に流入する原液流入管と、前記気体が連続的に流入する気体流入管と、前記原液流入管、前記気体流入管にそれぞれ連通する混合液配管とを備え、
前記原液流入管と前記気体流入管とが、前記原液と前記気体とが対面して衝突するように連通し、それにより、この連通箇所において、気液衝突部を形成し、
前記混合液配管を、前記気液衝突部に連通させるとともに、前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸のうち少なくとも一つを前記混合液配管の中心軸と異なる方向に配置し、
前記混合液配管に、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第1渦流生成機構が設けられ、
前記第1渦流生成機構は、前記混合液配管の上流側に配設された上流側第1渦流生成機構と、該上流側第1渦流生成機構より下流側に配設された下流側第1渦流生成機構とを備え、
前記上流側第1渦流生成機構は、前記混合液配管内に設けられた環状または筒状の渦発生部の前記気液衝突部側の端部と、該端部に対向する前記混合液配管の内壁面との間において、前記気液衝突部側に開口して形成された溝部を備えている
気液混合装置。 - 前記原液流入管の中心軸と前記気体流入管の中心軸とのなす角度が20°〜180°である請求項1記載の気液混合装置。
- 前記原液が水であり、前記気体が炭酸ガスである請求項1又は2に記載の気液混合装置。
- 前記混合液配管には、該混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭めることにより、前記気体混合液に渦流を生じさせる、第2渦流生成機構が設けられている請求項1〜3のいずれか一項に記載の気液混合装置。
- 前記第2渦流生成機構は、前記混合液配管を流れる気体混合液の流路を上流から下流に向けて狭める狭隘部と、該狭隘部の側方に流路を変更することで前記気体混合液の流れを反転させ、渦流を生じさせる流路変更部と、を有している請求項4記載の気液混合装置。
- 前記原液流入管には、該原液流入管の流路を流れる原液の圧力が所定の圧力以上になったことを検知する圧力スイッチが設けられ、
前記気体流入管には、該気体流入管と気体供給源との間に設けられて前記気体供給源から前記気体流入管への気体の供給を制御する制御弁が設けられ、
前記圧力スイッチは、原液の圧力が所定の圧力以上になったことを検知したら前記制御弁を開くように構成されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の気液混合装置。 - 前記制御弁が、ラッチ式電磁弁によって構成されている請求項6記載の気液混合装置。
- 前記ラッチ式電磁弁は、電池で稼働する請求項11記載の気液混合装置。
- 前記制御弁が、比例電磁弁によって構成され、該比例電磁弁には、前記気体供給源から前記気体流入管への気体の供給量を調整する調整部が設けられている請求項8記載の気液混合装置。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の気液混合装置と、
前記原液流入管に原液を供給する原液供給源と、
前記気体流入管に気体を供給する気体供給源と、
前記原液供給源からの前記原液流入管への原液の供給、および前記気体供給源からの前記気体流入管への気体の供給を制御する制御部と、を備える気液混合システム。 - 原液中に気体を混合して気体混合液を製造する方法であって、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の気液混合装置を提供し、
前記原液を原液流入管に連続的に供給し、これと同時に前記気体を気体流入管に連続的に供給し、それにより、前記原液と前記気体とを対面して衝突させることによって混合し、
得られた原液と気体の混合物を、前記混合液配管に流入させる
ことを含む方法。
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